6.5. Кольцевые структуры

Кольцевые структуры широко распространены в земной коре. К ним относятся структуры, близкие к изометричным. Они имеют разные размеры (от первых метров до тысяч километров в диаметре). В крупные кольцевые структуры вписываются более мелкие кольца, полукольца, овалы. Они могут быть как положительными, так и отрицательными.

Генезис их весьма разнообразен. Выделяют кольцевые структуры магматогенные: вулканические центры, вулкано-тектонические структуры, магматические тела, магматогенные поднятия, по форме близкие к изометричным. Метаморфогенные кольцевые структуры представлены гранито-гнейсовыми куполами. Кольцевые структуры могут быть связанными с солевым, глинистым и другим диапиризмом. Есть кольцевые структуры взрывного генезиса. Структуры, обусловленные ударами метеоритов, имеют также кольцевой характер. Крупные кольцевые структуры часто представляют собой сводовые поднятия и изометричные погружения, связанные, главным образом, с нарушением изостатического равновесия.

Происхождение многих крупных и гигантских кольцевых структур, не находящих выражения в поверхностной геологии, до сих пор остаётся не решённым однозначно. Большинство исследователей приходит к выводу об их глубинном происхождении. Одни связывают их с воздействием плюмов («горячих точек»), другие объясняют их существование отражением структур раннего развития Земли. Есть точка зрения, что это влияние масс огромных метеоритов, проникших при столкновении с Землёй в её глубины. Самой крупной кольцевой структурой Земли является акватория Тихого океана. Происхождение её также не находит однозначного толкования.

Контрольные вопросы

1. Главные структурные элементы платформ

2. Главные структурные элементы складчатых областей

3. Главные структурные элементы океанов

4. Главные структурные элементы переходной зоны от континента к океану

7. Специфика докембрийского периода истории земли

Земля развивается циклично и, главное, направленно-необратимо. Поэтому, чем глубже в историю Земли, тем больше отличаются существовавшие на поверхности и в глубинах планеты условия, а, следовательно, возникавшие геологические и рудные формации. В связи с этим принцип актуализма, хорошо работающий при изучении фанерозойских образования, далеко не всегда может быть применим для восстановления истории развития планеты в докембрии.

Атмосфера. После аккреции Земли температура на её поверхности была высокой и, возможно, превышала 1000° С. В последующем она постепенно уменьшалась и в настоящее время составляет в среднем 15° С. Постепенное понижение температуры поверхности Земли в отдельные периоды нарушалось резкими понижениями температурного режима и образованием площадных оледенений. Причина этого явления до сих пор не имеет однозначного объяснения. В начальные стадии существования Земля обладала мощной атмосферой, которая создавала весьма высокое давление на её поверхности. Предполагается, что давление атмосферы достигало 6 килобар и во времени снижалось до современного, равного на поверхности Мирового океана в среднем 1 бару. Состав атмосферы был вначале гелиево-водородный. В процессе её эволюции нарастало количество углекислого газа, паров воды и азота. На ранней стадии существования Земли в составе атмосферы значительную роль играли пары сильных кислот: соляной, серной, сероводородной, фтористой и др. В дальнейшем возрастала роль азота, уменьшались содержания водорода и гелия в результате рассеивания в космическом пространстве, углекислого газа за счёт связывания в карбонаты и органическое вещество, паров воды за счёт конденсации. На определённом этапе в атмосфере появился свободный кислород, содержание его постепенно возрастало. Современная атмосфера имеет кислородно-азотный состав, содержания других газов не превышает 1 %.

Гидросфера возникла, когда температура поверхности Земли стала ниже критической точки воды (374°С). По мере охлаждения Земли объём её нарастал, а температура уменьшалась. Пополнялась она также за счёт эндогенных источников. Вначале существования гидросфера содержала большое количество кислот и потому была весьма агрессивной. В дальнейшем состав гидросферы стал солевым карбонатно-хлоридным. Затем постепенно превратился преимущественно в сульфатно-хлоридный. Среди катионов преобладают натрий и магний.

Литосфера. Высокая температура поверхности Земли после её образования обеспечивала высокий температурный градиент, малую мощность и пластичность литосферы. Это обусловило слабую расчленённость рельефа, так как тектонические напряжения быстро разряжались в пластичной литосфере. По мере остывания верхних уровней Земли возрастала мощность литосферы и её хрупкость, соответственно, возрастала расчленённость рельефа. Состав литосферы вначале соответствовал составу хондритов, следовательно, был ультраосновным. В дальнейшем под воздействием дифференциации вещества Земли появились вначале магматические очаги магмы основного состава, а затем и кислого. Магматические очаги располагались вблизи поверхности и магма в больших объёмах поступала на поверхность, наращивая литосферу. Соответственно, вначале литосфера имела ультраосновной состав, затем формировался базальтовый слой, а в последующем и гранитный. Условия во всей литосфере были близкими. В дальнейшем нарастала её дифференцированность и начались процессы формирования новой коры океанического типа.

Выше рассмотренные изменения в докембрии параметров атмосферы, гидросферы и литосферы обусловили специфику геологических формаций и тектонических структур докембрия и их эволюцию. Среди суперкрустальных образований вначале преобладали вулканиты, но постепенно их роль уменьшалась, стали преобладать осадочные разности.

Осадочные породы. В связи со слабой расчленённостью рельефа для ранних этапов существования Земли были характерны мелководные условия осадконакопления. Поэтому вначале преобладали хемогенные осадочные породы, терригенные разности имели подчинённое значение. Со временем роль терригенных отложений возрастала, В рифее впервые появились глубоководные отложения. Объём их со временем возрастал. Органогенные отложения впервые возникли в архее, со временем их значение возрастало.

Среди терригенных отложений преобладали мелкообломочные разности. Первые конгломераты отмечены в архейских отложениях и в дальнейшем их роль возрастала. Состав терригенных пород вначале был преимущественно граувакковый. В дальнейшем появились аркозовые разности и затем кварцевые. Объём их во времени нарастал. В протерозое отмечается несколько уровней ледниковых отложений. Они внизу и вверху резко сменяются отложениями жаркого климата, который господствовал в докембрии. Ледниковые периоды были относительно кратковременными и проявлялись почти повсеместно. В связи с появлением свободного кислорода, в середине раннего протерозоя впервые появились красноцветные отложения. Роль их во времени также возрастала.

Среди хемогенных осадков большое значение имели кварциты, связанные с осаждением кремнезёма, поступавшего в бассейны из вулканогенно-гидротермальных источников и в результате формирования кор выветривания. В последнем случае они ассоциировали с высокоглинозёмистыми разностями. В позднем докембрии появляются и органогенные кремнистые отложения. На определённой стадии остывания Земли появились и получили широкое распространение карбонатные отложения. Среди них преобладали доломиты. Роль известняков среди них со временем возрастала. Вначале они имели только хемогенный генезис. В архее впервые появились признаки их органогенного генезиса, в дальнейшем их объём нарастал. В катархее часто возникали графитсодержащие отложения, вплоть до образования месторождений графита. Уже в катархее появились первые признаки образования эвапоритов. Но, из-за глубокого метаморфизма, сохранились лишь их следы. Первые эвапориты известны с раннего протерозоя и их объём со временем нарастал.

Претерпели значительную эволюцию осадочные руды железа, тесно связанные с кремнистыми осадками (железистые кварциты). В катархее они имели малое значение, имели вулканогенно-гидротермальный генезис и были расположены среди базальтоидов. В архее масштабы их увеличились. Они также были связаны с вулканитами, но располагались на удалении от вулканогенных образований. Особенно интенсивно накапливались железистые кварциты в раннем протерозое, где они уже не имели связи с вулканитами. Они получили название «джеспилиты». Практически повсеместно в раннепротерозойских отложениях присутствуют железистые кварциты и образуют месторождения железа, часто уникальные по своим масштабам. В раннем докембрии осадочные руды железа формировались в восстановительных условиях и представлены в основном магнетитом, сидеритом и сульфидами. В рифее появляются гематитовые руды, которые часто перемежаются с сидеритовыми.

Вулканогенные образования. Состав вулканитов также претерпел определённую эволюцию. В связи с мощной атмосферой и мелководными условиями, среди них преобладали лавовые фации. Со временем возрастала роль эксплозивных образований. Состав вулканитов был вначале ультраосновной, затем стали преобладать базальтоиды. В следующий период широкое распространение получили вулканиты кислого состава.

Вулканогенные образования основного и ультраосновного составов катархея в дальнейшем подверглись интенсивному метаморфизму и гранитизации, поэтому первичный состав их сохранился в редких случаях. Более сохранными оказались вулканиты архея, которые располагаются в пределах зелёнокаменных поясов. Внизу разреза этих структур устанавливается широкое развитие вулканитов ультраосновного состава, так называемых коматиитов. В дальнейшей истории такого масштабного проявления вулканитов ультраосновного состава не отмечается. Вулканиты раннего докембрия обычно низкощелочные с резким преобладанием натрия над калием. Со временем в них нарастала щёлочность, главным образом, за счет повышения содержаний калия. В конце раннего протерозоя появились субщелочные и щелочные разности вулканитов, объём их со временем нарастал.

Плутонические образования. Изменение состава плутонических образований со временем сходно с указанными для вулканогенных образований. Часто они комагматичны вулканитам. Но в докембрии получили широкое распространение процессы гранитообразования. Особенно интенсивными они были в конце тектоно-магматических циклов. Формировались огромные поля автохтонных гранитоидов, окружённых ареалами мигматизированных и гранитизированных вмещающих пород. Они тесно связаны с гранито-гнейсовыми структурами. Значение аллохтонных разностей возрастало со временем. Гранитоиды вначале были низкощелочными с резким преобладанием натрия над калием. В дальнейшем возрастала их щёлочность за счёт повышения содержаний калия. В конце раннего протерозоя впервые появились щелочные породы. Для завершающего этапа формирования фундамента первых платформ характерны специфические граниты-рапакиви. Происхождение их трактуется неоднозначно.

Метаморфизм. Интенсивность метаморфических процессов со временем, в общем, уменьшалась, возрастала их зональность. Для катархея характерно повсеместное развитие метаморфизма гранулитовой фации. Для этого периода характерна своеобразная формация «серых гнейсов». В разрезах катархея она составляет от 50 до 80 % разреза. Образовались «серые гнейсы» в результате метаморфизма преимущественно магматических образований. В архее метаморфизм уже был зональным с изменением условий от гранулитовой до зелёносланцевой фации с преобладанием условий амфиболитовой фации. Для раннего протерозоя в условиях зонального метаморфизма наиболее характерна эпидот-амфиболитовая фация, впервые появляются неметаморфизованные разности. В позднем протерозое зональный метаморфизм проявляется только в складчатых областях, где преобладают условия зелёносланцевой фации. Но были участки и неметаморфизованных образований. На сформировавшихся к этому времени первых платформах метаморфические процессы почти не проявлялись.

Тектонические условия и структуры. В течение докембрия постепенно возрастала мощность и хрупкость литосферы, нарастало разнообразие тектонических условий и структур. По мере остывания верхних частей Земли возрастала роль хрупких деформаций

В катархее в условиях маломощной пластичной коры, которая в его второй половине имела континентальный характер, разрывные дислокации практически отсутствовали. Пликативные дислокации выражены гранито-гнейсовыми овалами изометричной или амёбовидной формы с поперечниками в сотни километров, которые объединяют линейные и куполовидные, часто птигматитовые складки более высоких порядков. Центральные части овалов заняты массивами автохтонных гранитоидов.

В архее впервые появились линейные структуры – зелёнокаменные пояса, ограниченные разломами и выполненные осадочно-вулканогенным комплексом пород. Широкое распространение получили гранито-гнейсовые купола, которые располагаются кучно («стадами»). Отдельные участки, сложенные породами катархея, были относительно устойчивыми.

В раннем протерозое возникли первые протоплатформенные, относительно устойчивые блоки, в пределах которых возникли прогибы, выполненные преимущественно терригенными отложениями. Между блоками существовали пояса разной интенсивности тектоно-магматических процессов. В конце раннего протерозоя возникли первые платформы. Впервые отмечены глубоководные прогибы.

Начиная с рифея, литосфера разделилась на устойчивые блоки – платформы (по тектонике плит плиты с корой континентального типа) и глубоководные участки с корой океанического типа. С этого времени начали существовать геосинклинали или, согласно тектонике литосферных плит, начала действовать тектоника плит с зонами спрединга и субдукции.